В первичной атмосфере Земли было меньше молний, а значит, и шансов на зарождение жизни

В 1952 году юный аспирант Стенли Миллер и его маститый, уже получивший Нобелевскую премию научный руководитель Гарольд Юри провели эпохальный эксперимент. В паре соединенных стеклянных колб они воссоздали условия, которые якобы существовали на Земле 3,8 миллиарда лет назад: химический состав газов, высокую температуру и электрические разряды. Ученые считали, что этого было достаточно для самопроизвольного появления первых биологических молекул на безжизненной в то время Земле.

Эксперимент Миллера — Юри увенчался небывалым успехом: их аппарат тут же произвел несколько аминокислот, строительных блоков для белков. В итоге никому не известный аспирант Миллер тут же оказался единственным автором статьи в ведущем научном журнале Science (небывалое достижение для молодого ученого) и попал на передовицы мировых СМИ.

Однако со временем ученые усомнились, что тот опыт был проведен корректно. В качестве газовой смеси Миллер и Юри использовали метан и аммиак, однако позднее исследователи пришли к выводу, что первая атмосфера Земли, на самом деле, состояла главным образом из углекислого газа и азота.

Теперь по знаменитому опыту, в свое время попавшему на передовицу The New York Times, нанесен еще один серьезный удар: из новой публикации следует, что первичная атмосфера не слишком располагала к возникновению молний. Стало быть, для появления первых биологических молекул потребовалось больше времени, чем считали ранее. Это означает и определенные трудности для зарождения жизни.

Электроны, участники всех без исключения химических процессов, по-разному ведут себя в различных средах. Поэтому в смеси метана с аммиаком или углекислоты с азотом химические превращения происходят по-разному. Открытым оставался вопрос, насколько различается в таких смесях поведение электрических разрядов. Очевидно, различия могли повлиять на ход абиогенеза — появление первой жизни из неживой материи.

Чтобы разобраться с этим, Кристоф Кён (Christoph Köhn) и его коллеги из Технического университета Дании создали модель, описывающую вероятность возникновения стримера — начального этапа формирования молнии. Оказывается, в атмосфере углекислого газа этот процесс происходит медленнее.

«По сути, в атмосфере с высоким содержанием азота и соединений углерода для возникновения электрического разряда потребуется большая разность потенциалов», — отметил Кён.

Дело в том, что в таких условиях электроны реже сталкиваются: это приводит к более медленному накоплению электрических зарядов, достаточных для образования разрядов. Перенося этот результат на древнюю атмосферу, ученые делают вывод: на юной Земле могло быть заметно меньше молний. Это означает и меньшую вероятность абиогенеза.

«Если электрические разряды действительно участвовали в появлении первых пребиотических молекул, нам нужно как следует разобраться с тем, что происходило в то время, — продолжает Кён. — И по-прежнему остается большой вопрос: как все же возникли все те пребиотические соединения?»

Новая работа датских исследователей — лишь начало. Она посвящена только одному из начальных этапов возникновения молнии, в дальнейших планах коллектива — изучение остальных стадий этого сложного процесса, а также моделирование его связи с химическими превращениями.